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关键词:土木工程;道桥方向;课程体系;实际工程;整合优化
中图分类号:TU-4 文献标志码:A 文章编号:
10052909(2015)04008103
1996年国家教委进行改革,把建筑工程、桥梁与隧道工程、岩土工程、道路与铁路工程4个专业合并成为一个大专业,称为“土木工程专业”。一般高校在土木工程专业上设置建筑工程和道桥两个方向。如何保证学生在学习了大量为拓宽就业口径而设置的专业基础课程后,还能保质保量完成主攻方向的专业课程,既对大土木“通”又对小方向“精”,是许多高校力争解决的一个难题。如何根据学校的人才培养目标并结合社会需求制定适合的课程体系,是高校在制定专业教学计划时需解决的另一个难题。土木工程专业平台课程的拓宽是可能的,但拓宽的方向和步伐需考虑国内目前
的情况,取决于社会需求的迫切感和校内条件的创造[1]。土木工程专业道桥方向的实践性极强,与实际应用联系紧密,然而多数院校仍然沿用传统的教学手段和方法,偏重理论轻实践,不利于学生对知识的理解和应用。
文章立足于面向实际工程的课程体系建设思想,以道桥工程课程体系作为对象,着力于研究实际工程与课程体系的有机结合;对毕业设计、课程设计等实践环节进行统一规划,力争提高学生的实践能力和创新能力,以期培养适应社会需求的高素质应用型专业人才。
一、 道桥工程课程体系设置情况
不同高校相同专业课程设置略有不同,不同教学目标下的课程教学内容也有一定差异。华中科技大学武昌分校土木工程专业下的道桥专业课程体系包含8门课程,即桥梁工程、预应力混凝土桥梁结构、桥梁施工、桥梁电算、路基路面工程、道路CAD、道路施工和道路勘测设计。8门课程之间联系紧密,均属于知识链上不可缺少的组成部分。
课程体系实践环节包含桥梁工程课程设计、道路勘测设计课程设计、路基路面工程课程设计以及桥梁方向毕业设计、道路方向毕业设计。
二、道桥工程课程体系改革措施
文章列举部分主干课程的改革措施,研究其与土木工程专业其他方向课程及专业基础课程的相互关联和渗透关系。
(一)桥梁工程、预应力混凝土桥梁结构课程改革措施
1.桥梁工程、预应力混凝土桥梁结构课程特点
桥梁工程作为土木工程专业道路桥梁方向的一门专业必修课程,在教学中占有非常重要的地位。桥梁工程是预应力混凝土桥梁结构、桥梁施工、桥梁电算等课程的基础,具有知识点多、教学难度大的特点[2];还需兼顾由于大土木平台课未顾及到的相关桥梁知识点,如桥梁设计荷载等课程本身需要在知识点设置上结合工程实际来安排;还需要考虑与混凝土结构设计原理及力学等专业基础课程相关知识点的回顾、搭接和深化。
对于预应力混凝土桥梁结构,一方面,随着人们对大跨度桥梁的追求,预应力的应用越来越普及,课程内容就显得十分重要;另一方面,该课程有其独立的知识体系,然而在其知识构成里,部分内容与混凝土结构设计原理(基础专业课程)重复,课程安排上与桥梁工程产生矛盾:预应力混凝土桥梁结构应在桥梁工程之后开设,桥梁工程课程设计却需要预应力
混凝土桥梁结构的知识才能完成,而学生进行课程设计时,预应力混凝土桥梁结构可能由于受到教学学时安排限制并未开设或未学完。
因此,需要对以上课程进行系统的内容整合,在遵循科学的专业教学体系完整性和连贯性的同时,提高教学效率,减少不必要的重复,形成完善的适应社会需求的教学体系。
2.教学内容改革措施
为提高教学效率,在有限的课堂教学课时内教授更多的专业知识,避免出现多门课程教学内容的交叉和重复,学校在新版人才培养计划中,将预应力混凝土桥梁结构并入桥梁工程,课时由“56+32”并为72学时,使其在教学内容和学时分布上更合理,不同课程分工明确,形成稳定的教学体系。
同时,对桥梁工程的教学内容进行整合优化,增加课内实践环节,如在简支梁桥相关内容介绍完后,增加简支梁桥施工图识图环节,为学生提供工程实际案例的施工图纸或标准图集,使其能够看懂图纸,提高识图能力,并了解施工图的规范布局和制图标准;在连续梁桥理论知识讲解完后,增加连续梁施工图识图环节,向学生展示不同施工方法下的连续梁桥施工图纸,使其熟悉不同施工方法下的连续梁钢筋构造的区别,通过识图的训练提高实践能力,增加实践经验,以适应现代社会对应用型人才的需求。
3.教学方法改革措施
在教学方法和手段上,改变传统教学模式,突出实践性,通过引入实际工程案例教学、事故案例教学、多媒体教学、课堂教学+现场教学等丰富的教学手段,使专业知识立体化呈现给学生。
为增强学生工程意识、提高学生工程实践能力,在新构建的教学体系中加大实践教学的比重,以提高学生综合实践能力,使应用型人才培养真正实现知识结构、实践能力和综合素质的协调发展[3]。除认识实习、生产实习、毕业设计等实践环节外,为增强学生实践能力,在理论知识的讲授过程中,穿行课堂外教学,例如结合学校“卓越土木工程师实践教学基地”的桥梁结构实体模型进行现场讲解,结合施工图纸让学生了解连续梁桥采用悬臂施工法的构造和配筋特点、熟悉预应力材料及设备等,甚至让学生亲自体验绑扎钢筋、浇筑混凝土等,
有如亲临施工现场,有助于其对理论知识的理解。
当前一些国家级、省级及高校组织举办的结构模型竞赛活动对专业课教学有促进作用,可以作为桥梁工程教学中一种开放的实践环节[4]。学校每年定期举办结构模型设计竞赛,并多次组织学生参加省级、中南地区结构设计竞赛。在2015年举办的“中辰杯”中南地区第四届大学生结构设计竞赛中,由学生独立设计计算并制作的桥梁结构模型承受住了荷载考验,获得二等奖。类似的活动对学生的学习积极性和实践能力的提高有促进作用,对教师的实践教学水平的提高亦有促进作用。
(二)路基路面工程课程改革措施
路基路面工程是土木工程专业路桥方向的一门专业必修课。设有理论教学、实验和上机三大环节,特点是知识点繁杂、难度大,与前期多门专业基础课联系紧密,同时对后期的施工课程有重要影响。
对于该课程的教学改革,除了对理论教学环节进行知识点梳理以外,重点对实验环节进行改革,以实验室为基地,加强实验大纲要求中的基础实验部分教学,并通过增加新型演示性实验内容,丰富学生的工程实践观。研究该课程的考试环节,建立适应课程需要的新型考试形式。
该课程理论教学与实践教学相结合,尤其重视学生工程实践能力和创新能力的培养。大多数院校将教学内容体系分为理论教学与实践教学两部分,制作可视化操作模型,并辅之以图片、视频等教学手段,在有限的课时中尽可能地增加课堂教学的信息量,提高学生学习兴趣,让其有一定的感性认识[5]。然而看似立体的图片和视频展示,却不能完全达到路基路面实体结构带给学生的视觉冲击。为此,学校在土木工程专业 “专业综合改革试点”项目下的“卓越土木工程师实践教学基地”建设时,特开辟路基路面工程专区,设置一批与施工现场高度一致的路基路面模型和材料设备,提供给学生参观学习。
(三)桥梁施工、道路施工和桥梁电算、道路CAD课程改革措施
这些课程分别为以施工企业和设计企业为就业去向的学生设置,致力于提高其专业核心能力中的“设计基本能力”和“施工基本能力”。前者偏重施工,仅靠课堂上的理论教学不足以满足学生对施工知识的学习要求,需进行教学方法、手段上的改进。施工类课程在教学内容上以工程实例和施工图纸为载体,理论知识由实际案例引出,加强学生识图能力培养的同时,让其积累工程经验,提高就业竞争力。后者以纬地、桥梁博士和MIDAS等市场上常用的设计软件为工具,以建成的各类型道路、桥梁实际设计案例为向导,使学生具备常规道桥设计软件应用能力。
(四) 课程设计、毕业设计改革措施
本科毕业设计是本科教学计划的重要组成部分,然而由于种种原因,这一教学环节仅流于形式,毕业设计质量急剧下滑,学生未能通过毕业设计真正提高实践能力,严重影响了人才培养的质量[6]。
为解决这一共性问题,利用学校所在城市拥有多家大型设计、施工企业这一有利条件,将企业的实际工程引入设计环节,真题真做,突出面向工程实际的主旨。
同时,本环节还致力于使课程设计与毕业设计形成由浅入深、循序渐进的关联体,改变原来实践环节独立分离的局面。以桥梁方向为例,课程设计、毕业设计按“钢筋混凝土结构―预应力混凝土结构”或“简支体系―连续体系”两种方案进行关联性规划。
另外,学生在毕业设计期间还要忙于考研或就业实习等工作,难以专心做设计。若能将课程设计作为毕业设计的演练,按毕业设计的深度来要求课程设计,则学生在进行毕业设计时,由于对设计内容已十分熟悉,论文质量上有所保障,不至于因时间不足而降低标准。
为提供更好的毕业设计指导,2013年初,学校已建成功能全面的土木工程专业毕业设计网站,涵盖结构工程、道路工程、桥梁工程三方向。网站内容包括相关专业技术规范、设计指导书、优秀范例等,并设置互动师生平台、网上答疑等功能。该网站已用于学校近两届学生的毕业设计,符合毕业阶段学生的学习特点,效果良好。
三、 结语
通过一系列的整合优化措施,优化教学内容和教学手段,建立面向工程实际的道桥课程体系,使其与社会需求和就业趋势挂钩;优化实践环节,在实践中加强理论基础教学,围绕土木工程专业的核心能力中的“设计基本能力”和“施工基本能力”,提高学生的实践和创新能力;优化专业结构、加强专业内涵建设、创新人才培养模式、提升人才培养水平,一方面顺应国家“大土木”的方针和“卓越工程师”培养计划,另一方面培养和锻炼专业教师队伍,提高其专业素养,适应高校对“双师型”人才的需求。参考文献:
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一个地区的发展和建设离不开当地的高等院校的人才培养,地方高等院校自身的发展和服务地方的建设至关重要,尤其在培养专业技术人才方面要结合本地区的特色和特殊性做出及时的调整和适应。地方高等院校在各个专业的自身发展与服务地方的关系影响其健康持续发展,这个问题引起高等院校自身和学术界的广泛关注。从服务地方来看,大部分高校存在没有合理调整各个专业内容的设置及时应对当地发展和建设的需要,脱离当地建设的实际、针对性不强等一系列问题。盐城工学院作为一所传统的工科院校,近几年来一直将服务地方策略作为专业人才培养方案调整的重要依据,努力把学校建设成服务地方发展和建设的人才培养、科技创新的重要基地。自2010年我校土木工程专业准备住建部专业评估开始,土木工程学院启动以工程应用能力为主,结合地方建设为特色的土木工程人才培养课程教学模式改革工作。作为土木工程专业道路与桥梁方向,《桥梁工程》课程是一门非常重要的专业课程,是一门要求工程实践能力很强的专业课,与工程实际关系十分密切,因此通过一定的工程实际锻炼,能用已学的知识理论去解决工程实际问题将关系到学生专业能力素质。结合多年的桥梁工程教学经验,本文对工程应用能力培养进行探讨和思考。
1桥梁工程课程教学存在的问题
《桥梁工程》课程是继土木工程制图、材料力学、结构力学、结构设计原理、基础工程、桥涵水文、道路勘测设计等课程学完之后,以实际工程为背景,进一步运用力学知识和综合专业基础知识,解决桥梁实际工程问题。结合近些年当地桥梁工程建设的增多,这就对道路桥梁专业毕业生的专业知识层次要求产生了变化,我校桥梁工程课程理论教学增加到目前的88学时,注重了这门课教学的整体完整性,但也存在一些不足和需要改进之处。目前在教学中普遍存在的问题有:1)由于学生专业基础课程学习的不够扎实,一些专业基础课程设计未能按要求完成,而往往基础课和专业课是由不同老师讲授,导致桥梁工程学习中运用到已学过的知识理解新的概念、理论时不能及时掌握,随着课程的推进新的知识点越来越多时,学生学起来就感觉到困难,致使掌握程度浮于表面,甚至只是应付上课;2)由于课程相对密集的原因,没有更多的时间在学习过程中结合实践和运用,不能把理论知识和工程实际有效的结合,导致接下来的课程设计环节无法进行,甚至失去课程学习的兴趣和信心;3)考核方式多为结合平时上课出勤情况,书本上理论知识点的期末试卷考核,这种评价体系侧重于理论知识的考核,无法全面的对综合运用学过的专业知识去解决实际问题的能力进行评价,因此不能很好的培养具备能够提出问题—分析问题—解决问题的工程应用能力的人才,与目前倡导的卓越工程师的培养大相径庭。针对上述大部分高校桥梁工程课程教学存在的问题,目前常规的桥梁工程教学模式、教学方法亟待需要完善和优化,这对培养应用型专业人才十分必要。因此,结合自身多年在教学工作中的体会和做法,对桥梁工程教学的一些做法和改进进行探讨。
2以应用能力为主导的教学模式
众所周知,作为土木工程专业的学生学习理论知识的目的是毕业后能够运用到实践工程中去,在工作中遇到新的问题如何运用已学的知识去处理和解决。因此,作为桥梁工程课程教学改革,要与实际工程相结合,建立合理的教学课程体系,培养和锻炼学生具备工程应用能力,能够解决实际工程问题至关重要。
2.1理论课程学习模式的改革
作为桥梁工程课程的学习,一般学生常规的学习方式是进课堂集中听专业老师灌输式的讲授,这种教学模式不利于培养学生的工程应用能力,在教学过程中应体现工程特色,突出实践,强化应用。我校桥梁工程课程理论教学88课时,通过加大课时量做到教学内容完全体现深化桥梁理论知识学习,加强工程实际能力的培养。课程教学大部分章节以桥梁工程案例为依托,做到从工程中学习理论知识,到运用已学知识解决工程实际问题中去,增加学生工程意识和思维方式。建立了一套工程信息资料数据库,如BIM建模与应用模块,实际桥梁工程施工、设计、监理、造价及管理资料模块,桥梁工程视频、动画模块,与桥梁工程有关的微信(筑龙路桥等)、论坛精品资料模块、实验室实践学习模块、工程软件学习实践模块,产学研实习模块等等,并将其穿插应用于理论教学的始终,突出课程教学的工程特色,并通过结合学校周边近几年大型桥梁工程建设,激发学生学习桥梁工程课程的兴趣和爱好。在培养学生工程应用能力的同时,也注重自身工程应用能力的培养。近年来结合当地桥梁工程建设,有意识的投身到桥梁建设中的施工方案制定论证、桥梁的规划与设计等环节,加强实践锻炼使理论联系实践更有效的服务于教学。因此,在教学中充分使用收集的大量的桥梁工程实践资料,结合理论知识可以使所讲的专业知识更加切实、生动、易接受,通过自身结合工程学习能够更好的影响和培养学生的工程应用能力。如装配式梁式桥上部结构的施工章节,把自身实践的现场施工资料、图片分步骤的配以施工知识要点进行钢筋工程、混凝土工程、模板工程及吊装工程讲解,再结合图纸和规范,做到活学活用,既理解了施工的程序和步骤知识,又很好的明白施工规范的要求,也能看懂图纸并掌握理论知识要点,去除过于抽象枯燥的施工知识学习。制图、计算软件的运用也是桥梁工程学习的一个重要过程,文献中调查学生57人中约40人认为教学应结合工程设计软件,在教学中使学生能熟悉使用常用的一些制图、计算软件尤其重要,如复杂公式Excel表格化,连续梁桥使用CAD与桥博或MidasCivil交互建模计算等,针对道路桥梁方向,我校开设了土木工程CAD配套选修课程,学习道路桥梁设计计算软件,结合实践工程训练,使学生能够真正应用解决课程设计或毕业设计实践问题,为将来从事这方面工作打下良好的基础。
2.2课程实践训练环节模式的转变
以往我校的桥梁工程课程实践环节主要是通过虚拟一课题完成课程设计或大作业,进行设计一座预应力梁式桥或拱桥,并给出计算书和设计图纸。通过几届学生完成情况的观察,在两周的时间内,只有少数学生能够参考设计计算实例完成,只是依葫芦画瓢的照搬参考书上实例进行计算画图,没有真正的去理解体会完成一座桥梁的设计计算。针对这种情况,在教学过程中通过问卷调查和与学生互相交流得知,导致这种情况的原因是集中教学模式,加之实践中其他课程和实践环节过多,只有无暇的应付根本没有时间去思考和认真去做。因此,最近几年采取了一系列的措施改变上述的状况。首先,把一个课程设计分割成若干小的任务,在桥梁工程每一章节学完要求学生完成对应部分的内容,做到每人一题一练,加强对平时的检查和考核,注重平时让学生通过一些工地见习,实验室亲身的体验,分组交流讨论,加强与有设计经验的老师、工程师等交流与学习,做到真正的自己动手解决问题,掌握桥梁理论知识点的灵活运用。其次,注重实践环节成果图纸手绘与软件绘图相结合,加强计算分析软件的操作训练。反映一个学生设计一座桥梁最后的成果是图纸,手绘要求加强基本功的练习,CAD绘图要求能够熟练掌握绘图技巧,而在绘制桥梁图纸中结构尺寸和钢筋都需要理论公式的计算和验算,当手算繁琐时可以用计算分析软件进行计算和验算,如前面提到的桥梁博士或MidasCivil等,当然在后期熟练掌握理论知识进行设计计算的基础上可以采用现在很多流行软件如桥梁设计师等对常规桥梁进行设计计算及出图,节省反复的试算验算过多的环节,使学生腾出更多的精力去思考如何优化设计,使设计更加合理和安全可靠。最后,借助产学研基地加强工程的实地教学和应用,同时多组织一些工程实践动手比赛。在有些工程中,比如近期在我校北门建设的盐城内环高架桥,从一开始桩基施工,到现在的上部箱梁满堂支架施工,还有不远处的跨河流的挂篮施工,以及1km范围内的3层互通立交桥的整个施工等,高低年级的学生都可以不定期的去工地现场进行学习和参观,通过对整个施工过程的跟踪,不仅加深对桥梁基本知识结构的理解,也学习了道桥施工的流程和步骤,同时我校也定期的邀请施工一线的总工等来进行讲座交流学习,用身边的桥梁建设实例去解读本课程的知识理论,使学生有更深的切身体会,更容易接受,真正做到理论结合实践的学习,训练具有工程应用能力的素养,能发现工程问题,分析存在的问题和弊端,去提出合理的防范措施。除此之外,我校还鼓励学生参加一些课程建设实验室开放项目,教师的科研项目,全国的竞赛等,这些都能训练和锻炼一个学生的工程应用能力。如在我校学生可以自己申请自密实混凝土在桥梁工程中的应用项目,通过学校的资助完成桥用自密实混凝土的施工配合比试验研究,加强对专业知识的理解。
2.3建立课程工程应用能力考核机制
强度工程应用能力,并不是放弃量化的指标考核,建立在实际教学过程中能够进行综合评价一个学生的评价考核体系,使学生能够知道想学什么,要学什么,必须学什么。在考核中强度多元化的评价,如桥梁工程知识点的比赛,定期学生上台讲课汇报情况,让学生自己解决同组或本班其他学生存在的问题。真正做到以考促学,以考促教,加强平时考核,加强知识的综合运用能力的测评,加强自己动手解决问题的评价。总之,好的评价考核体系能够真正区分和识别谁是最好的学生。
3结语
本设计是根据设计任务书的要求和《公路桥规》的规定,对棋盘山立交桥进行方案比选和设计并对棋盘山跨越鱼塘部分的桥梁进行结构设计计算。对于棋盘山立交桥,为使其桥型与周围环境相协调,又节省资金,本论文提出两种不同的立交桥型方案进行比较和选择:方案一为小环型立交桥,方案二为变喇叭式立交桥。通过对桥梁安全、经济、适用、美观、和使用效果等方面的比较,确定变喇叭式立交桥为推荐方案。跨越鱼塘部分的桥梁结构形式定为等截面预应力混凝土箱形连续梁桥。
在设计中,桥梁上部结构的计算着重分析了桥梁在施工过程中,恒载内力的计算。运用力法方程求解活载内力影响线,并根据新规范的规定进行活载的加载,进而求出活载内力。另外还进行了主梁的配筋计算,估算了钢绞线的六种预应力损失。进行了预应力阶段和使用阶段主梁截面的强度和变形验算、挠度及预拱度的计算。下部结构采用以钻孔灌注桩为基础的单墩柱,支座采用盆式橡胶支座,并分别对支座、桥墩和桩基础进行了计算和验算。根据本桥跨鱼塘线通车的特点和现场条件,采用了满堂红支架的施工方案。
本设计的全部图纸采用AutoCAD绘制。另外,本论文还翻译了《预应力混凝土桥梁》”的英文文献。
关键词:变喇叭式立交、预应力、等截面箱形连续梁、计算机辅助设计
Abstract
AdesignofpartialbridgestructureovertherailwayinQipanshanwasfinishedinthispaper,accordingtoDesigningAssignmentandtheStandardofRoadandBridge.Basedontypeofthebridgecorrespondingwiththeambienceandcostsaving,thispaperprovidestwodifferenttypesofbridgeforselection.Thefirstonewascircularcrossroadsandthesecondoneistrumpetcrossroads.Afterthecomparisonsofeconomy,appearance,characteristicunderthestrengthandeffect,thesecondoneisselectedforthisdesign.Thebridgestridingoverfishpondadoptedpre-stressedconcretecontinuousbridge.
Inthedesign,inconstructionprocessofthestructuralcalculationoftheupperpartinthecontinuousbridge,thepermanentloadweresimulatedandcalculated.ThemethodofForceEquationisusedtocalculatetheinfluencelineofthevariableload.Alsothemethodofthedynamicprogrammingisusedtoloadthevariableload.Thenthepre-stresslosswasestimated.Thecheckingcalculationofstrengthformaingirderwasprecedednotonlyduringperiodofpre-stressingforcebutalsoinusing.Thedeformationofthemaingirder,deflection,pre-camberandtheassessmentofreinforcingsteelbarwerecheckedtoo.
Thepierofthebridgewasbasedondiggingpile,andtherubberpotbearingisadopted.Accordingtothecharacteristicoftheoverpassbridgeandlocalecondition,aredconstructionwereadopted.
AllofthedesigndrawingsweredrawbyAutoCAD.Inadditiontothethesiscalled“Pre-stressedconcretebridges”wastranslatedintoChinese.
Keywords:BridgeEngineering;Pre-stressedConcrete;ContinuousBridge;AutoCAD
引言
毕业设计对于我们土木工程专业的学生而言是一个十分重要的实践性学习环节。我们通过毕业设计,可以将以往所学的基础课、专业基础课和专业课课程进行综合性应用,同时也是我们毕业走向工作的一次演习。
本设计为棋盘山互通立交工程(跨河区域)方案比选和部分结构设计。按照设计任务书的要求进行设计。本文提出两种立交方案:环形立交和变喇叭形立交。跨越鱼塘部分的桥梁采用预应力混凝土连续梁桥。
设计共分为四部分:第一部分为桥梁设计,包括第一章介绍桥型设计方案比选,第二章介绍桥梁上部结构设计,第三章介绍桥梁上部结构设计,第四章介绍施工方案;第二部分为桥梁工程英文资料及文献翻译;第三部分为专题;第四部分为附录。
设计本着安全、经济、适用、美观的原则按照新规范进行设计,并参考了大量的相关书籍。设计数据力求准确无误,满足使用要求。
由于时间、能力和知识有限,设计难免有疏漏之处,敬请指正。
目录
引言6
第一部分桥梁设计7
第一章桥型设计方案比选7
1.1设计说明7
1.1.1设计原始资料7
1.1.2设计范围7
1.1.3岩土工程勘查技概况7
1.1.4地层7
1.2方案比选8
1.2.1立交方案说明8
1.2.2方案比选:10
第二章上部结构设计11
2.1设计说明11
2.1.1任务依据及设计范围11
2.1.2桥梁设计概述11
2.2桥型及纵、横断面的布置12
2.2.1桥梁的布置及孔径的划分12
2.2.2截面形式及截面尺寸拟定13
2.3恒载内力计算13
2.3.1计算恒载集度13
2.3.2解算二次超静定结构:14
2.4温度及支座沉降次内力计算14
2.4.1温度次内力的计算14
2.4.2支座沉降次内力计算15
2.5活载内力计算16
2.5.1活载增大系数16
2.5.2绘制三跨连续梁内力影响线18
2.5.3影响线加载27
2.6内力组合28
2.6.1按承载能力极限状态设计28
2.6.2按正常使用极限状态设计28
2.7配筋设计33
2.7.1预应力筋计算与设计33
2.7.2钢束的布置34
2.7.3毛截面的几何特性与换算截面的几何特性计算36
2.8预应力损失及有效应力的计算37
2.8.1摩阻损失的计算37
2.8.2锚具变形、钢束回缩损失的计算40
2.8.3混凝土弹性压缩损失的计算41
2.8.4钢筋松弛引起的应力损失的计算42
2.8.5混凝土的收缩和徐变损失43
2.8.6预应力损失组合及有效应力44
2.9预加力产生的次内力45
2.10应力、变形及其它验算46
2.10.1预加应力阶段的正截面应力验算46
2.10.2使用阶段正应力验算47
2.10.3使用阶段的主应力的验算48
2.10.4非预应力钢筋的设置53
2.10.5截面强度计算54
2.10.6斜截面强度验算54
2.10.7挠度与预拱度计算55
第三章桥梁下部结构的设计57
3.1支座的设计57
3.1.1支座上的荷载组合57
3.1.2支座尺寸的确定59
3.2桥墩的设计59
3.2.1荷载计算59
3.2.2配筋计算61
3.3桩基础及承台的设计62
3.3.1承台的设计62
3.3.2桩的设计63
第四章施工方案65
4.1主要材料65
4.1.1施工前的准备工作65
4.2上部结构施工66
4.3预应力混凝土连续箱梁施工68
4.3.1工程材料68
4.3.2预应力体系68
4.3.4预应力后张法施工工艺69
4.4下部结构施工70
4.4.1盆式橡胶支座的施工70
4.2.2桥墩的施工70
4.2.3桩基础的施工70
第二部分桥梁工程英文资料及文献翻译74
第三部分专题81
第四部分附录91
结束语91
致谢92
附件一:弯矩影响线数值表93
附件二:设计图纸119
参考文献120
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[关键词]地方高校 土木工程 道路与桥梁 实践教学 问题 对策
[中图分类号] G642.0 [文献标识码] A [文章编号] 2095-3437(2013)13-0112-02
现实社会中存在着不同的职业岗位,社会需要不同类型、不同层次的高校来培养不同类型、不同层次、不同专业的人才。
土木工程是指与人类生活、生产活动有关的各类工程设施科学技术的总称,道路与桥梁工程是大土木工程专业的主要专业方向之一。
土木工程(道桥)专业本科教育教学内容体系包含理论教学和实践性教学两大块。土木工程(道桥)专业学科性质为技术应用型学科,其理论体系是源于工程实践,通过总结、提炼、创新学成专业理论知识,用来指导工程实践。道路与桥梁工程实践是该专业存在、发展的基础和根本目标。同时,地方工科院校培养的土木工程(道桥)专业人才大多分布在生产和管理一线,当今的用人单位一般均要求新进人员具有一定的实际工作经验,能够很快上岗工作。因此,加强地方高校土木工程(道桥)专业实践性教学的管理,强化学生专业实践技能的培养,是一项十分紧迫和重要的任务。本文根据地方工科院校土木工程(道桥)专业的特点和教学目标,结合郑州航空工业管理学院土木工程(道桥)专业的实践教学情况,分析了其存在的问题,提出了相应的改进措施,以供同类院校同专业实践教学参考借鉴。
一、地方院校道桥工程专业实践教学现状
(一)实习认识缺位
在应用型土木工程专业人才的培养过程中,实践教学是一个重要环节,是学生实践能力养成的关键。高等院校应用型土木工程专业学生是能够将理论与实践紧密结合,既有一定理论水平,又有一定实践技能的高端复合应用型专业人才。在人才培养过程中,实践教学和理论教学缺一不可,是学生专业教育的两翼。但目前地方高校实践教学往往依附于理论教学,实践教学的质量和效果往往落后于理论教学。这种重理论轻实践的原因在于,从教学第一线的教师到教学管理层都对实践性教学的性质和作用存在一定认识上的偏差,没有意识到实践教学对于学生专业技能塑造的重要性。因此,造成实践教学投入匮乏,教师缺乏实践教学的热情,学生对于实践教学应付了事。这种错误导致实践教学很难有效展开。相比理论教学,实践教学有其自身发展的客观规律,简单地将理论教学的方法移植到实践教学当中,并不能达到提高实践教学质量,培养应用型土木工程(道桥)专业人才的目的。
(二)实习内容简单
传统的实践教学的内容包括:道桥工程实验、道桥专业认识实习、道桥专业生产实习、道桥专业毕业实习、相关课程的课程设计以及最后的毕业设计。实验课教学是按照固定的实验流程,采用固定的操作模式,完成固定的实验内容,得到预先设定好的实验结果,这一固化的情况导致学生缺乏主动性和创新性,学生实验报告的相似性较高。道桥专业生产实习往往采用短期的集中实习时间,集中实习学生的方式,从而给施工单位造成极大的现场施工管理的压力。出于生产安全的考虑,施工单位往往压缩实习内容,减少学生实际操作的时间,使学生只能从表面上了解道路桥梁施工的相关过程、方法、机械设备以及管理内容。道桥专业的学生毕业设计内容过于简单,仅仅是就设计而设计,就计算而计算,没有结合实际工程问题将理论与实践紧密结合起来。课程设计的做法更加简单,往往是学生对课程设计任务书的完成。由于学生数量较多,加之授课教师的精力有限,这在客观上提供了学生互相抄袭课程设计任务书的机会,助长了学生的学习懈怠思想。
(三)实践基地缺乏
近年来,随着高校招生规模的扩大,土木建筑学院每年招收的土木工程专业学生达160人。学生人数的增加,使得其需要的实习基地(工地)也越多。由于道桥工地一般都在远离市区的地方,这加大了实习基地建设的难度;另一方面,基于安全方面的考虑,施工单位一般不愿意接受大量学生集中来工地实习,这加大了联系实习单位的难度。
二、实践教学的要求与对策
(一)强化思想认识
实践教学是一个工程技能的综合训练过程――实际动手操作能力、实际工作岗位适应能力、理论实践结合能力、科技研究工作能力。与研究性大学相比,实践教学是地方工科应用型本科院校的特色,是培养技能型专业人才的重要来源和基地,为了提高实践教学水平和质量,必须保证实践教学的投入――师资、时间、场地和经费。从学校、教师、学生三个主体加强实践教学重要性的认识。
学校层面,学校要创造重视实践教学的大环境,一是从制度层面加大实践教学的制度化建设,完善实践教学的考核机制;二是在资金方面,要加大对实践教学的投入,逐步提高学生实习经费安排,完善实践教学基础设施;三是在师资方面,要增加实践教学环节教师的数量和质量,适当引入工程经验丰富的工程师指导学生。
教师层面,教师要不断提高自身素质,使自己成为双师型教学人才。高校教师不仅要具备一定的理论水平,同时应该坚持理论结合实践的基本原则,提高自己的工程实践能力。一方面可以实践促进教学,另一方面也能将所学用于实践,提高社会服务能力。
学生层面,学生要重视实践能力的培养,克服懒惰思想,积极主动地配合老师,充分利用现有条件,积极认真参与各种实践教学活动。
(二)完善实践教学系统
建立基于能力培训的实践教学系统,需要协调好理论教学与实践教学的关系,依据实践教学要求安排理论教学。基于能力的实践教学系统包括四个实践教学集――基本技能、专业技能、工程能力和综合能力。
改革后的实践教学系统以学生技能的培养为目标,重视课堂与实践场所、理论与实践、教师与学生的三种互动。4个实践教学集是同一工程技能运用的若干层次,通过不同层次的训练达到学生对某一工程技能的掌握。通过不同层次的训练,提高学生的综合竞争力和实践能力。结构设计、道桥材料实验、道桥CAD、道桥施工管理等所有道桥专业技能方面的培养都是通过若干层次的实践教学集对每个能力的分层次强化训练,最终使学生达到较高的工程实践能力水平。
(三)拓展实习基地
应该从校内外两个方面拓展实习基地。
1.建设高水平的土木实验中心。结合学校硕士点验收和结构工程省级重点学科建设,学校建设了近5000平方米的土木实验中心,包括一个1000平方米的结构试验大厅。学院在学校支持下,投入近百万元资金购置了相应的实验设备,组建了工程结构实验室、材料实验室、土工实验室等多个实验室。土木实验中心是一个开放性的科研和教学基地,教师和学生可以根据相关的科研项目和教学课程相互组合,完成相关的科研和教学任务,实现教学、科研、实践的三结合。
2.强化院企合作。结合“土木工程专业卓越工程师培养”计划,积极吸收郑州市内的中建七局、河南省路桥建设集团、郑州路桥建设投资集团、郑州轨道公司等大中型国有企业作为合作单位,充分发挥专业教师的积极性,吸引社会信誉好的民营道桥类企业作为合作单位,实现实践教学的社会化,争取广泛的社会力量参与。依据教学、实践和就业三者合一的要求,按照学校《学生自主联系外出毕业设计(实习)的管理规定》的规章,通过细化实习计划、安全协议和实习效果等方面的规定,充分调动家长和学生的主动参与性,积极引导学生主动选择实习单位,将实习单位与就业单位的选择有机结合起来。对于已经签订就业协议的学生, 灵活安排毕业设计的选题和时间,鼓励学生在就业单位发现工程问题、解决工程问题,真题真做,真正实现院、企、生“三赢”的局面。
实践教学是一项系统工程,需要常抓不懈。土木工程(道桥)专业实践教学应该回归学生主体,回归工程本位。高校应创造良好的氛围,调动各方积极性,提高实践教学的效果,为培养合格的土木工程(道桥)卓越工程师打下良好的基础。
[ 参 考 文 献 ]
[1] 宋克志,安凯,彭云龙.地方高校土木工程专业教育发展的思考与建议[J].高等建筑教育,2007,16(5):1-4.
[2] 王文仲.地方高校土木工程专业实践性教学的改革与实践[J].中国高教研究,2004,(10):79-80.
[3] 郑传峰,王磊.研究型大学道路桥梁专业实践教学改进措施研究[J].高等建筑教育,2011,20(2):114-117.
(一)组织模式缺乏灵活性
目前,交通土建专业毕业设计实践教学工作的组织开展模式仍是采用先学生选题后分组指导的方式。这种模式的问题首先出现在选题的方法上,目前采用的方法是从教师出的专题论文题目中进行选择,选择了哪个教师出的题目就跟哪个教师的小组做一般部分设计。教师出的专题题目往往和学生人数相等或者稍微多一些,这样以来,选题就不可避免地出现了重复(多人选一题),尽管后来采用了“增加志愿”的办法进行协调,但效果仍不好,无法从根本上解决这个问题。再加上由于将设计方向和选题挂钩,就容易造成“选择方向”和志愿从事的设计方向不相符,使得学生更加无所适从。因此,这是一种被动的选题,失去了原有的选题意义。应该鼓励学生自主选题,不是从老师给定的题目中选,而是自己拟定题目后与老师沟通、讨论后确定,这才是真正的选题。目前这种被动的选题方法常常导致学生勉强接收、被动应付。还有就是没有经过合理的控制分配,造成分组后常常是各组学生的素质差别太大,给指导工作带来极大不便。从整体上说,需要对目前交通土建专业毕业设计的组织模式进行调整,采用较为灵活的模式来满足实际现状的需要。
(二)指导模式缺乏高效性
交通土建专业毕业设计也是采用分小组指导的传统模式,然而由于专业特性,这种分小组的指导方式在本专业应用时存在很多缺点。首先,目前交通土建专业设计分为公路、桥梁两个方向,每个设计小组跟随一个指导教师就一个方向进行设计,小组之间相互独立。那么,对于公路工程方向来说,采用山区地形进行设计必然会遇到建设桥梁的问题,基于工作量的考虑,学生此时往往“重公路轻桥梁”,导致桥梁方案容易出现方案不合理的现象,影响整体的工程方案质量;对于桥梁工程方向来说,抛开工程背景环境单纯对某种桥型进行结构设计计算,计算的成分过多,设计的成分太少,学生的专业思想训练过弱,这种指导方式无法完整地锻炼和表现学生的专业思想和技术素质。另外,从指导教师的角度来说,每个教师的专业侧重不同,而路桥工程涉及面较广,遇到的技术问题多变,有时难免对偏离个人专业的细节技术问题把握不好,单独指导不如小组配合指导更加有效。为此,目前指导模式的教学效果有待于进一步提高。
二、教学模式改革方法
为解决交通土建专业毕业设计教学模式存在的主要问题,笔者认为应从以下三个方面进行改革:
(一)设计内容模式改革
第一,将目前各自独立的设计方向改变为综合设计,即基于一定设计原始条件,公路和桥梁同时考虑,合并设计,将桥梁设计放在公路设计地形的大背景当中,这样的优点在于克服了原有的桥梁设计简单方案化以及过于程序化。当路线行进过程中,需要设置桥梁的时候,桥梁的方案对于路线影响其实是很大的,综合考虑有利于平衡两者之间的关系。这样以来,整体设计重点突出方案的考虑,加强设计思想的锻炼,适当降低纯计算的内容和工作量,而使得总工作量和原来大致相同。第二,以公路、桥梁设计为主,适当增加城市道路、隧道、地铁的设计内容,总体上使得设计内容更加丰富和多样化,达到这一点,可以通过设置设计背景进行体现。原有的设计背景大多数是选择距离城市很远的地区,这样的背景决定了设计以公路为主要对象。随着城市化进程的提高,城市交通愈发重要,也造成了一定的相应人才短缺,为此,可以将设计背景设置于城郊地区,从而形成以公路为主,近城部分涉及城市道路以及地铁等设计,以迎合市场需求。
(二)教学组织开展模式改革
对毕业设计组织工作开展模式进行改革,重点是选题和分组的模式,以及如何有效地对设计工作进程进行控制,主要的办法是变目前“先选题后分组”为“先分组后选题”。这种方式有效地避免了选题的盲目性以及扎堆现象。一旦选题扎堆,最终还是仅能满足一个同学的选题,其余同学需要重选或者命题,于是先选题无法满足大多数人的意愿,也就失去了本来的意义。先分组则可以将选题人数化整为零,小组内进行选题必然效率更高,同时,先分组的还可以考虑小组间学生成绩、能力的均衡,这一点的重要性在于设计过程中,一个小组的设计进度和质量需要有1~2个领头羊,形成一种设计工作氛围,无形中促使着整个设计小组工作的前进。分组后的选题由“指导教师出题学生选”这种被动状态变成“学生拟题再与教师商定”这种主动选题。而对目前的过程管理,则应该改变现在的“大阶段制”为“小阶段制”,即需要将检查节点在原有的基础上进一步细化,事实反复证明粗放式的管理容易使设计工作失控,往往形成了赶设计进度的现象,设计质量难以保证。通过教学组织方式改革,总体上使毕业设计教学工作的开展更加客观化和灵活化。
(三)指导工作模式改革
针对目前采取的独立小组指导工作模式进行改革,配合设计内容模式的改革,主要采用设计指导小组的工作模式。将设计内容中的道路、桥梁、隧道、地铁合并设计时,当然需要相应方面的教师参与指导,为此,应由2~3名教师组成设计指导小组,其基本组成原则为小组成员的专业搭配合理,尽量兼顾职称、年龄的搭配,并考虑工作量等因素,每个教师平均指导人数可以与原来相同。这样以来,由原来的一名教师指导全部设计内容无法对每个方向进行精细掌握的状态,改为整个设计小组共同控制,小组成员之间进行合理分工,发挥各小组指导教师专业优势进行设计分部指导和质量控制,总体上提高了毕业设计指导工作的质量和效果。
三、结语